По определению интегральная схема — это микроэлектронное изделие, имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и рассматриваемое как единое конструктивное целое. Если проще, это пластинка, на которой много различных электронных компонентов, которые совместными усилиями заставляют работать, например, ваш телефон. Разберемся, почему эти штуки называют чипами, как они появились, зачем нужны и как они меняют нашу жизнь.
Маленькая щепка
Первый опытный образец интегральной схемы изготовил Джек Килби в 1958 году. Он работал в Texas Instruments — компании, которая производила электронные схемы и работала над тем, чтобы сделать их меньше. Тогда это были спаянные между собой элементы на миниатюрных керамических пластинах, но процесс их создания был слишком трудоемким. Килби это не устраивало, и в ходе экспериментов он выяснил, что можно изготавливать все компоненты схемы из одного материала и на одной полупроводниковой пластине. Он использовал германиевую. Именно из-за пластин интегральные схемы стали известны как чипы (англ. chip — щепка, тонкая пластинка). В 2000 году Джек Килби за свое изобретение получил Нобелевскую премию по физике. Он разделил ее с Жоресом Алферовым и Гербертом Кремером, отмеченными за развитие физики полупроводниковых структур для высокочастотной техники и оптоэлектроники.
Это была еще не идеальная конструкция, в том числе из-за необходимости соединения блоков проводами, но Килби смог подготовить ее для серийного производства. Тогда Роберт Нойс, впоследствии основавший фирму Intel, спустя несколько месяцев предложил иной способ связи между компонентами, который и позволил использовать интегральную схему на практике и сделать электронные приборы более компактными, а процесс их создания — менее трудоемким.
В 1970 году Маршиан Эдвард Хофф построил интегральную схему, выполняющую те же функции, что и центральный процессор ЭВМ. Сейчас эта технология известна как микропроцессор
Сегодня, когда говорят о бесконтактных чипах, обычно подразумевают две технологии: RFID и NFC. Если первая может работать на разных радиочастотах, от средних до сверхвысоких, то вторая — ее подвид, специализирующийся только на высоких. Она используется для связи на небольшом расстоянии, самый известный пример — бесконтактные платежи.
Первым человеком, который имплантировал RFID-чип себе под кожу, стал британский ученый Кевин Уорвик в 1998 году. Чип управлял дверьми, освещением и другими компьютерами в доме.
Сегодня интегральные схемы окружают человека повсюду: они в компьютерах, телефонах, различных умных устройствах. Сфера чипирования живых организмов тоже не стоит на месте.
Усы, лапы и чип
В 1989 году компания Texas Instruments адаптировала технологию RFID для животных. Чипирование заменяет электронный паспорт и медицинскую карту животного: чип расскажет всю важную информацию о нем и его хозяине. Технология используется как альтернатива биркам, татуировкам и другим не самым гуманным или надежным методам идентификации животных. Более того, при пропаже вероятность найти питомца с чипом намного выше, чем без него. Сейчас в страны Европейского союза и некоторые другие ввоз нечипированных животных запрещен. В России вопрос обязательного чипирования питомцев обсуждается на протяжении нескольких лет, однако на федеральный уровень предложение еще не вынесено.
Принцип введения микрочипа отличается у разных животных. Если речь идет о домашнем питомце, то обычно это микрочип, заключенный в капсулу из биостекла. Его вживляют подкожно или внутримышечно с помощью специального шприца. Микрочип для сельскохозяйственных животных отличается величиной катушки индуктивности, чтобы увеличить расстояние считывания.
Чтобы получить данные с чипа, нужно поднести сканирующее устройство на достаточное расстояние. Оно активизирует индукционную катушку с помощью электромагнитного сигнала, а та передает сканеру цифровой код, который в зависимости от типа сканера или передается на сервер, или заносится в базу данных вручную.
Спешат на помощь
В 2017 году ученые из Стэнфорда разработали чип, позволяющий ускорить проведение анализа крови до 20 минут. Интегральная схема представляет из себя слои проводящих частиц, напечатанные на гибкой поверхности с помощью струйного принтера. Они служат для разделения крови на фракции. Под воздействием электрического тока частицы крови передвигаются в разных направлениях, тем самым сортируясь для необходимых анализов.
В 2021 году ученые Колумбийского университета представили самый маленький на данный момент чип общим объемом менее 0,1 мм^3. Для коммуникации с внешним устройством использовался ультразвук, так как из-за размеров чипа волны радиосвязи оказались слишком длинными. Чип, оснащенный температурным сенсором, был продемонстрирован на лабораторных мышах. В перспективе разработку планируют применять в диагностике как имплант для считывания различных показателей организма. Чем меньше такое устройство, тем комфортнее оно в использовании.
Однако есть и технологии, которые используются уже сейчас. Например, в видео на YouTube-канале «КОСАТКИНА» Надежда Болдина поделилась своим опытом. Она страдает эпилепсией, и ей установили DBS-систему — имплантируемое устройство, которое подключается к зонам мозга, отвечающим за развитие приступа, и блокирует его. Без подзарядки оно может работать до двух суток, а заряжается 8 часов. Стоимость системы превышает миллион рублей.
DBS-терапию могут также назначить при болезни Паркинсона, обсессивно-компульсивном синдроме и других нарушениях работы центральной нервной системы.
Потехи ради
В 2013 году в Швеции была основана компания Biohax International, которая занимается чипированием людей. На 2018 год у нее более 4 000 местных клиентов, а также появились и международные партнеры. Сама Швеция известна своей любовью к чипам. Например, в 2014 году биохакеры (энтузиасты любительских исследований) организовали вечеринку и чипировали на ней 100 человек, хотя у имплантатов была лишь функция разблокировки смартфона.
В России тоже говорят о чипировании людей. Кирилл Силин, автор YouTube-канала «Дневник чипированного», решил на своем примере показать, что значит имплантировать себе чип. Его интегральная схема играет не только роль ключа в офис, но и хранит различную нужную ему информацию в различных форматах. Первый имплантат он поставил себе сам в 2021 году. Второй произвела компания Dangerous things, а с установкой помогли в салоне St. Scalpelburg, который один из немногих в России имеет лицензию на вживление интегральных схем людям.
Стоит ли бояться?
Сама по себе технология не может быть плохой или хорошей, все зависит от того, кто ее использует. Интегральные схемы соседствуют с нами в повседневной жизни в неодушевленном оборудовании. Вживленные в наш организм чипы могут облегчить и спасти нам жизнь. Но, конечно, сейчас они неидеальны. В зависимости от производителя их можно взломать или повредить, хотя для этого с ними нужно связаться, а сделать это можно только с расстояния не более 15 см.
Самый известный миф — о чипировании через вакцину — также не имеет под собой основания. Так как не существует пока достаточно маленького чипа, который человек бы не заметил при введении, а тот, о котором мы рассказали в этой статье, лишь в процессе разработки. Более того, цена подобного чипа была бы велика, а главное — чип не работает без сканера или дополнительного оборудования, так как сам по себе батареи не имеет.
